Помогите выбрать технологию для резонатора малошумящего VCO в диапазоне 1.5- 2.5 ГГц с перестройкой 30%. Какой резонатор будет иметь наибольшую добротность?
1- микрополосок
2- продвинутый микрополосок как в генераторах от Synergy microwaves
3- посеребренный пруток над проводящей поверхностью
3а- посеребренная прямоугольная в сечении скоба над проводящей поверхностью
4- коаксиальный из медной трубы
5- коаксиальный диэлектрический (керамика)
6- коаксиальный из отрезка полужесткого кабеля.
Хочется не особо разгонятся с габаритам и весом и иметь возможность подстройки частоты.

Возможно при такой широкой полосе перестройки тип резонатора имеет второстепенное значение.
Ведь тут больше играет роль степень связи с варикапом,который вам угробит выстраданную добротность?...

ИМХО , самую большую добротность будет иметь коаксиальный резонатор . А если посеребрённый , то ещё лучше . У него же будут и самые большие габариты .

7 - ДР на сапфире

Очень рад слышать, что кто-то интересуется такими вещами. Я очень много интересовался всевозможными вариантами резонаторов, и на этом основании могу сделать следующие выводы:
Для такого диапазона перестройки частоты, вам придется отказаться от любых диэлектрических резонаторов. Очень у них маленький диапазон перестройки частоты. Нужно строить систему из связанных линий. С точки зрения добротности лучше всего делать на отрезках коаксиальных линий (можно посеребренных) с тефлоновым диэлектриком, но сделать систему из нескольких взаимосвязанных линий очень сложно, из-за того что в процессе перестройки частоты нужно будет подстраивать связи (отдельные емкостные) между резонаторами для сохранения добротности. Самое оптимальное решение - на связанных линиях типа stripline, они более высокодобротные, чем microstrip. Ulrich Rohde из Synergy написал очень много статей и столько же патентов по этой тематике, рекомендую обратиться к его публикациям. Сразу скажу, что самому повторить то, что сделал этот человек - задача не из легких.
Ах да, совсем забыл, вы не включили ЖИГ, если не смущает цена и потребление, то тоже неплохой вариант.

Если единичный экземпляр и нет ограничения по размерам - однозначно коаксиальный. Серебрение даст только стабильность, прибавка к добротности будет минимальна.

Спасибо всем за информацию.
Статьи Rohde читал, но по личному опыту получается, что его сложно-микрополосковые резонаторы нормально работают только на хорошем диэлектрике. На FR4 получалось мягко говоря не-очень. А переходить на дюроид для всей платы невыгодно. Для эксперимента попробовали сделать отдельно резонатор Rohde на сапфире и приклеить его около транзистора в качестве отдельного элемента. Параметры замечательные, но технологичность изделия -никакая. Да еще и гальваника от сапфира отваливается...
ЖИГ рассматривался, но не проходит по энергетике- питание катушек слишком много съедает. Да и дороговато выходит.
Диэлектрические обьемные резонаторы конечно нерассматривались- перестроить их на такой диапазон невозможно. Хотя предложение по набору цветных шариков которые в процессе свипа частоты запихиваются в генератор системой механической подачи вызвало нездоровый интерес у дизайнера передней панели. Типа если ее сделать прозрачной... :-)
По поводу коаксиальных резонаторов. Ну мы и склонялись к такому пути. Только теперь надо выбрать из трех вариантов.
1.Воздушный. Ну это понятно-самый высокодобротный, самый габаритистый, самый нетехнологичный (токарные работы, пайка, гальваника). Неоднозначно, как к нему варикапы крепить, чтобы межсоединениями не угробить добротность. Намечается отдельное текстолитовое донышко на разонатор с многолучевой звездой из варикапов.
2. Кусок полужесткого кабеля. Технологичен (припаял змеей на плату и забыл), легко подстраивается кусачками, варикап стоит у конца кабеля по обычной технологии. Минус- самая низкая добротность из коаксиалов.
3. Керамический коаксиальный резонатор. Технологичен в монтаже. Нетехнологичен в настройке (спиливание торца алмазным кругом). Добротность- посередине между первыми двумя.
4. Медный полосок над платой. Самый дешевый вариант. Добротность только несколько похуже, чем у полужесткого кабеля.
А вот про систему связанных линий на коаксиалах с подстройкой связи интересно. Можно ли ссылку на реализацию глянуть?

Вопрос к автору: 30% - это механический + электрический способ перестройки, или только электрический? А то я все думаю о чисто электрическом.

Электрический. Механика тоже в принципе возможна, но очень нежелательна. Хотя идея двух генераторов - одни широкополосный с плохим спектром (обзорный) и второй с механической перестройкой от шаговика и узким диапазоном (5% или меньше) тоже еще не похоронена.

А почему донышко ? Можно сделать наоборот - крышку , точнее , крышкой будет служить сама плата генератора , а резонатор будет припаян к ней снизу . Связь же с варикапами можно сделать ёмкостную .

Добротность резонатора вещь второстепенная, лучше напишите уровень фазового шума, который Вы хотите получить, а там уж чего посоветую.

Лучше чем 105 dB/Hz на 10 Кгц.

да такой шум с 30% электронной перестройки точно не получить я б на вашем месте сделал три VCO c переключением, а резонатор можно и микрополосковый сделать, а еще лучше делать гуны на 500-800 мег а потом умножить на 3, но для всего этого Вам будут нужны очень хорошие варикапы, конечно лучше использовать два с общим катодом или одиночный но не с резким переходом, кстати я тут не так давно делал гун на 700-780 мег и выжал шум -113...-115 dbc/Hz на 10 Кгц в зависимости от варикапа, и у этих гунов вобще почти никакого резонатора не было так smd катушечка одна размера 0803 а вот на 2...2.5 гига делать такие малашумящие генераторы гараздо сложнее по-этому, как мне кажется, надо делать с умножением.

Этот вариант тоже рассматривался- разбивка на поддиапазоны, но не с отдельными VCO, а с коммутацией длины резонатора на полужестком кабеле путем переключения варикапов в проводящее состояние (прямая поляризация, варикап работает в качестве pin диода).
Тут народ стал настаивать, что VCO должен быть симметричный, что бы вторую гармонику давил сам по себе. Еще лучше... Тогда или два одинаковых резонатора нужны, или схема типа симметричного Колпица, с резонатором в базовой цепи..., черт где-то посеял ссылку на патент с топологией. Короче, типа как в аттачах, но резонатор из коаксиала и варикапов стоит между базами, а в коллекторах стоит балун на питание, и с него же индкутивный выход сигнала.

Посмотрите на такой VCO DCYS100200. Октавный диапазон изменения и шумы не хуже -105dBc/Hz на 10kHz.

При умножении на 3, фазовые шумы станут на 9.5dB хуже и требования выполнятся с натягом, и это при том, что придется еще несколько ГУН'ов делать. У вас скорей всего варикап был включен только частично (<12%) и своей добротностью не гробил фазовые шумы, плюс та самая катушка 0805 имела на данных частотах хорошую добротность. Микрополосковые линии обладают очень низкой собственной добротностью (~50-70), на них даже на одной частоте не получишь хороших фазовых шумов, если только не делать систему из нескольких взаимосвязанных линий.
Я все ждал, к чему приведет обсуждение коаксиального резонатора с воздушным диэлектриком, но не выдержал. Без сомнения у него добротность очень высокая, но как только подключите к нему варикапы, вся добротность угробится. Предлагаю сначала определиться с варикапами, и потом, исходя из их добротности на нужных частотах, выбирать сам резонатор, чтобы одно другого не портило. Или же изначально строить систему с переключаемыми ГУН'ми/емкостями/механической перестройкой.

Интересная идея.

Варикапы что-то типа BB833 от спутниковых тюнеров высоковольтные (до 30 В). Хуже всего, что добротность варикапа на таких частотах известна весьма приблизительно. Лепить их на коаксиальный резонатор предролагается на донышко параллельно несколько штук. Типа вот так
зы. нашел ссылку на осциллятор с коаксиалом между базами

да у synergymwave крутой гун отстал я от жизни. А я ведь почему сказанул что при 30 % электронной перестройки не получить -105 а это из-за AM-PM конверсии в варикапе, но если есть хороший варикап
то можно сделать и как у synergymwave, кстати у ихнего гуна напряг на варикапе 0.5...28 v а для варикапов обычно коэф. AM-PM конверсии обратнопропорцианален Vmax а если включить два варикапа по схеме с общим катодом то этот коэф. еще раза в три уменьшится. Короче все правильно все зависит от варикапа какой надыбайте такой шум и будет. Я то обычно делаю гуны на фуфловых варикапах вот и приходится извращатся. Вот еслиб достать что-то на типа smv-1413 (Q = 60...70 на 2 гигах и Vmax = 30 v) тогда наверно можно и все -110 шумы сделать и про коммутацию гунов забыть.
Да кстати для такого шума на 2 ггц нужна добротность около сотни не так уж это и много

если седня найду время смоделирую один гун...результаты выложу

Ещё вариант DCFO35105-5 и умножить на 2

Смоделировал гун на обычном мпл резонаторе с одним варикапом (схема на рисунке) при перестройке в 500 мгц (1500-2000) в худшем случае при Vvar = 0.5 V как раз получается шум около -105 dbc/hz на 10 кгц


Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

У фирмы Synergy для обычного microstrip получается намного хуже:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На частоте 2500MHz при отстройке на 10kHz шумы ~85dBc/Hz, для сравнения с вашими шумами нужно добавить ~4.4dB => ~90dBc/Hz (для 1500MHz). Скорей всего в вашей модели что-то не учтено.

И так, продолжая разговор о добротности варикапов, обратимся к эквивалентной схеме:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На основании которой можно приблизительно оценить добротность варикапа по следующей формуле:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Имея достаточное количество данных из даташита, легко посчитать добротность варикапа на любой частоте. Также можно сделать следующие выводы:
1) При уменьшении емкости варикапа, добротность его возрастает.
2) Последовательное соединение варикапов уменьшает добротность (сопротивление Rs увеличивается), параллельное - увеличивает (сопротивление Rs уменьшается).
3) Путем параллельного или последовательного соединения варикапа и конденсатора (с заведомо большей добротностью), можно увеличить добротность, но с одновременным сужением диапазона перестройки емкости.
Если я где ошибся, поправьте меня пожалуйста.
У меня получилось, что для частот 1500-2500ГГц, чтобы получить добротность выше 150, нужно выбирать варикапы с емкостью <1pF, и далее соединять нужное количество параллельно для обеспечения нужной емкости (рассматривались фирмы Macom и Infineon). Теоретически можно получить добротность и больше 200, тогда имеет смысл использовать коаксиальный резонатор с воздушным диэлектриком. Но мне почему-то кажется, что проще и дешевле использовать несколько связанных линий типа stripline или microstrip на подложках фирмы Rogers, ведь их суммарная добротность растет прямо пропорционально количеству линий (можно взять 3-4 связанных линии).

Такие скорей всего не подойдут. Посмотрите лучше на BBY58. Там еще приведена схема VCO на 2300MHz, но шумы у него никудышные - 90dBc/Hz на 10kHz. Очень большой выбор у фирмы Macom, особенно в серии MA46

1. Когда включаешь 2 варикапа последовательно их общая Q = Qvar т. к. 2Rs но и С/2

2. При моделировании я вроде учел все...резонатор там микрополосок на RO4003, а варикап взял smv-1407 (Rs = 0.6 Ohm, C = 1...4 pf).

вобще после моделирования я почти уверен что можно сделать -105 на 10 кгц и перестройку 25...28 %

но для надежности я бы всеж посоветовал делать два гуна с переключением, так точно получите
-107...-110 и будет круче чем у америкосов

3. Нашел вот спектр одного из гунов с шумом -93 dbc/Hz на тех же 10 кгц, который делал на 5 гиг тоже на микрополоске (размер 10 на 10 мм) правда перестройка у него 10 %, но и варикап там был какой-то не ахти какой, да и этот генератор был спроектирован на максимальную мощность в нагрузке и при желании его шумы можно уменьшить еще дбела на три, четыре, а может и больше.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

да интересные вещи Вы пишите про добротность связанных линий, а можете про это подробнее расказать или ссылку дать где чего почитать

Я предполагал, что будет такой ответ. Прошу прощение за неполноту формулировки, подразумевалось, что при параллельном или последовательном соединении напряжение на общей сборке выставляется таким, чтобы емкость оставалась прежней (=С).

Можно конечно в лоб решить вопрос и сделать N-ое количество переключаемых генераторов на диелектрических, керамических, ПАВ и прочих резонаторах. Но мы с вами разработчики, и должны более профессионально подойти к решению задачи.
Synergy может и американская компания, а человек, который для них разрабатывает - немецкий ученый, профессор Мюнхенского университета:

Вы готовы с ним поспорить?

Очень хорошие шумы, но есть вопрос, какой тип фильтра VBW использовался (log, linear, rms)?

Во-первых на страничке самой фирмы www.synergymwave.com
Во-вторых изобретения, например на www.freepatentsonline.com (регистрация бесплатна).

Про варикапы Вы правы, но если уж на то пошло, надо заметить, что Qmax и Qmin для одиночного варикапа и для двух последовательных будут одинаковыми и можно делать как Вы предлагаете заменить одиночный варикап на два последовательных и при этом чтоб частота гуна не ушла выставить напряжение на общей сборке таким, чтобы емкость оставалась прежней, но можно для поддержания частоты увеличить индуктивность тогда добротность сохранится (если при этом вклад RL в Q маленький)





спасиба за ссылки...заценил да связанные резонаторы...но сразу ответь хорошие они или нет для гунов не готов, но похоже действительно дают выигрыш в добротности особенно когда генератор почти на фиксированную частоту.



а я и не предлогал N-ое количество генераторов я предложил всего два и очень простеньких и вдобавок низкий шум да и размером это будет 2 на 2 см а может и меньше...

Эээ, схема конечно правильная, но позвольте заметить, что обычно параметры R верны только для отдельно взятой частоты, и их нельзя аппроксимировать на другую произвольно выбранную частоту.
Т.е если они померянны для частоты 400 Мгц (обычно для ВЧ варикапов), то принимать их за истину на 2.5 ГГц мягко говоря самонадеяно.
В связи с этим вопрос- кто как меряет добротность варикапов (и других пассивных SMD элементов)? В наличии грубая копия бонтоновского резонатора для измерения добротности, сделанная из водопроводных медных труб (лучшая собственная добротность по сравнению со всеми извратами инструментального и гальванического цеха). Но вот с измерением этой собственной ненагруженной добротности и есть проблема- у тестового генератора (Г4-78 Г4-79) полоса шумов слишком широкая (кто бы еще подсказал, какая она на самом деле должна быть у 25 летнего прибора).
Ну и вопрос по конструкции зажима для исследуемых приборов (test fixture). Кто что применяет?

Я бы сказал, что не от частоты, а от напряжения. Мне очень понравились варикапы фирмы Toshiba. У них как раз и приведены зависимости Rs от V.
На днях почитал немного литературы, проще всего использовать керамический резонатор (CR), если лень считать и оптимизировать генератор на микрополосках. Резонансная частота его берется чуть выше верхней границы диапазона. Слышал что у нас в стране их тоже делают, но никак не могу вспомнить кто.

керамические резонаторы делает ООО Керамика www.ceramics.sp.ru
но на стандартных CR (закароченные, длиной лямбда/4) не получить даже 5% перестройки да и длина микрополоска скажем на частоте 2 гига в том генераторе что я моделировал была около 10 мм т. е. приблизительно лямбда/10, просто нет смысла городить CR для реализации такой короткой линии.
А вот если использовать резонатор на обертоне т. е. лямбда/10+лямбда/2 то да CR очень даже подойдет, для этого даже можно использовать стандартный 600...800 меговый CR лямбда/4, у генератора на таком резонаторе можно выжать шум -112 dbc/hz на 1 кгц правда перестройка частоты будет не более 10 %. Если кому интересно могу выложить расчет для малошумящего 2 гигового гуна как на микрополоске так и на CR.

Было бы очень интересно, особенно если проект в Ansoft Designer.

могу дать проекты сделанные в ads, а схемы и формулы если время будет выложу завтра

Выложите пожалуйста, очент интересно посмотреть на моделирование на обертонах. А как предотовращается перескок на основной тон? Мы что-то подобное пытались делать, но при большом шаге перестройки фапч он перескакивал на основной тон и выгнать его на обертон удавалось только касанием пальца к резонатору.

для генератора на обертоне нужно выбрать схему так чтоб на основном тоне баланс фаз не выполнялся....но сперва лучше посчитаем более простой генератор (а потом на обертоне).
Рассмотрим такую схему

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

это почти обычная емкостная трехточка но для фазировки в нее добавлена емкость Сp она необходима потому как транзистор на частотах 1.5...2 ГГц дает сдвиг фазы около 90 град. (на нч 180)
анализировать и оптимизировать эту схему можно с помощью характеристик разомкнутой петли. Для этого отсоединим Ср от базы получим такую схему

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

здесь нагрузка RL добавлена для учета импедансов транзистора и она рассчитывается по спец. формулам вобще весь анализ делается с помощью малосигнальных S-параметров транзистора короче азы теории цепей не более, а результат вот такой

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

как видим генерить будет на 1.75 ГГц и элементы подобраны так что добротность петли фактически равняется добротности контура (100) и при этом запас по усилению около 5 дб

а вот характеристики петли в широкой полосе

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

здесь я ввел паразитные элементы, но генерация будет только на 1.75 гига


завтра продолжим расчет

Ну это весьма древняя схема, хорошо известная, широкополосная, но она шумит страшно (40-60 дБ на 10 кГц). Если усложнить фазосдвигающую цепь (сделать ее на перестраиваемом полосковом фильтре) то получим хорошо известную схему S53MV. Кстати, ее почти удалось довести до ума, применив фазосдвигатель на коаксиальных резонаторах из полужесткого кабеля. Только нетехнологично весьма получается- связь регулировалась стачиванием медной рубашки кабеля. Или надо делать полноразмерную бандуру на коаксиальных воздушных резонаторах и винтами настраивать связь.

шумит? страшно? вот еще раз ам/фм шум смоделированного генератора

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

откуда вы взяли 40-60 дБ на 10 кГц?

а вот схема из симулятора

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

чтоб убедиться можете сами смоделировать

Из измерения макета. Хотя честно говоря это был довольно паршивый макет (варикапы хрен знает какие, выдранные из спутникового тюнера и сильно заляпанные оловом микрополоски).
Модели верю, а вот как оно будет в реальности? Какая добротность резонатора получается из модели? И что в реале выходит? Снять АЧХ резонатора с реальным варикапом можете и сравнить с модельным?
Кстати, а что за варикап в модель заложен, что у него с собственной добротностью и диапазоном изменения емкости? А то там идеальный диод вроде нарисован (без потерь, хотя могу и ошибаться, незнаю, как в ads диод моделируется). Хотя резисторы потерь на конденсаторах стоят и материал с потерями определен. Обычно модель проверяем снятием АЧХ реального резонатора и сравнением с моделью. Если добротность модели больше реальной- безжалостно вносим потери в модель. И как модельный варикап реагирует на амплитуду ВЧ колебаний? Нелинейности лезут? Извините за ламерские вопросы, с ADS работать мало приходилось. Кстати, я так и непонял, схема генератора с управляемым фазосдвигателем или с полноценным резонатором в коллекторной цепи? Вроде там полная емкостная трехточка нарисована (С51, С52)? И что за цепь в базе (TL6)- она настроенна на какую частоту?

1. Варикап в модели с реальными параметрами (почти с реальными там я их менял для проверки модели поэтому на рисунке они немного другие) посмострите внимательно на символ диода в квадратике там еще diode_model написано. А варикап smv-1413 cм. приложенный файл.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

2. Нелинейности конечно же лезут вот сравните два шумовых спектра

спектр для гуна с кондером вместо варикапа

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

и спектр для гуна с варикапом Vvar = 10 v

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

как видете эффект ам-фм конверсии на лицо

3. А схема гуна и есть та самая трехточка ачх и фчх которой я вам привел

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

С51 это С3
С52 это С1
TL6 это Ср
resonator это C2+L2+r
земля в точке 1

4. По поводу измерений параметров варикапа - не это я сейчас делать не буду я просто вам показал что,
у самого простенького гуна на мпл резонаторе может быть требуемый шум и для этого совсем не требуется высокодобротный резонатор. При 30 % эл. перестройки шум будет определяться ам-фм конверсией в варикапе. Если использовать 2а гуна с 15 % тогда связь варикапа с резонатором будет меньше и эффект ам-фм конверсии будет тожа меньше и кроме того и его Rs будет слабее влиять на добротность резонатора. И коль уж речь зашла о CR я предложил сделать гун на таком резонаторе и посмотреть (смоделировать) какой шум и перестройку получим, но пока что отложим это удовольствие на завтра.

расчет гуна на CR

схема как и для гуна на мпл трехточечная

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

CR представлен как резонансный контур L2,C2,r все остальные элементы обеспечивают фазировку только на выбранном обертоне с частотой около 2 ГГц

вот схема разомкнутой петли и ее ачх и фчх

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

условия генерации в этой схеме выполняются только на третьем обертоне на 2 ГГц, при расчете я вместо L2,C2 использовал импеданс CR с длинной лямбда. Если поместить землю в точку 1 получается схема которую легко реализовать на свч. кстати гун на мпл тоже можна делать по этой же схеме.
Ориентировочные значения элементов такие L3 = 0.3..0.4 nH C1 = 20...30 pF Lp = 15...18 nH rp = 50 Ohm (нагрузка), транзистор любой sige hbt.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

а вот еще на последок проект для ads с двумя гунами

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Здраствуйте, извините если не в тему, подскажите как подключить, как рассчитать варикап для перестройки свч генератора на диоде ганна на мпл. Подскажите в какой литературе посмотреть примеры подключения, расчёта. Благодарен за любую информацию